KR101957126B1 - 클링커 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬래그가 가지는 현열을 이용하므로 추가적인 열공급을 필요로 하지 않아 생산 공정의 단순화 및 생산비용 절감시킬 수 있는 클링커 제조장치와 이를 이용한 클링커 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

클링커 제조장치 및 그 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING CLINKER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 클링커 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 철강공정에서는 철광석을 환원하거나 상기 철광석에 포함된 불순물들을 제거하기 위하여 제선이나 제강 등의 공정을 거치게 되며, 이 때 다량의 슬래그가 발생하게 된다. 이러한 슬래그는 산업폐기물로 분류되어, 대부분 단순 매립 처분되거나, 노반재 등으로 사용되고 있다. 그러나, 슬래그내에는 자원으로서 사용이 가능한 Fe, Mn, Cr 등 유용한 금속 성분의 자원이 상당히 포함되어 있기 때문에, 이를 이용하고자 하는 기술이 많이 연구되어 왔다.
그 중 하나로서, 제강 공정으로부터 배출된 슬래그를 슬래그 용융 포트에 이동시킨 뒤, 상기 슬래그 용융 포트에 환원제를 투입함으로써 유가 금속을 환원하여 유가 금속을 회수하는 기술이 개발되었다. 그러나, 이러한 방법은 시간의 경과에 따른 자연적 반응에 의해 유가 금속을 회수하는 방법이기 때문에, 그 효율이 낮은 수준에 불과하였다.
또한, 클링커 생산을 위해서 통상적으로 포틀랜트 시멘트의 제조라인을 이용하는 경우가 많이 있지만, 클링커의 종류의 변경시 운전조작이 복잡해 지는 문제가 있으며, 운전조작 변경으로 인하여 비용 상승 문제가 발생한다.
통상의 포틀랜트 시멘트 클링커 제조시에 도 3에 나타난 바와 같이, 고화 및 냉각된 슬래그를 투입하여 가열하여야 하므로 추가적인 열공급이 필요로 하였으나, 본 발명은 슬래그가 가지는 현열을 이용하므로 추가적인 열공급을 필요로 하지 않는 클링커 제조장치 및 이를 이용한 클링커 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일측면은 용융 슬래그를 수용하는 슬래그 포트, 상기 용융 슬래그가 상기 슬래그 포트로부터 배출되어 낙하하는 챔버, 상기 챔버 내에서 낙하하는 용융 슬래그에 첨가제를 공급하여 첨가제가 포함된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 첨가제 분사장치 및 상기 용융 슬래그 액적을 냉각하는 냉각장치를 포함하는 클링커 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일측면인 용융 슬래그의 현열을 이용하여 클링커를 제조하는 제조방법에 있어서, 상기 용융 슬래그를 용융포트에 수용하는 단계, 상기 슬래그 포트에 수용된 용융 슬래그를 챔버내로 낙하시키는 단계, 상기 낙하되는 용융슬래그에 10~100㎛의 입도를 가지는 첨가제를 분사하여 첨가제가 첨가된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 단계, 상기 용융 슬래그 액적을 냉각시키는 단계를 포함하는 클링커 제조방법을 제공한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 용융된 상태의 슬래그에 첨가제를 첨가하여 연속적으로 클링커 제조하는 것이 가능하다. 또한, 첨가되는 첨가제의 종류의 변경을 용이하게 할 수 있어, 첨가제의 종류에 따라 상용 시멘트 또는 특수 시멘트 제조하는 것이 가능하여, 효율적이면서도 경제적으로 클링커를 제조할 수 있다. 더불어, 생산 공정의 단순화 및 생산비용 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 클링커 제조장치에 대하여 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태인 슬래그와 첨가재의 반응에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명이 제안한 방법의 일 실시 형태를 보여주는 모식도이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 클링커 제조장치에 대하여 살펴본다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 클링커 제조장치의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 클링커 제조장치는 원료투입부(110)로부터 투입된 용융 슬래그를 수용하는 슬래그 포트(100), 상기 용융 슬래그가 상기 슬래그 포트(100)로부터 배출되어 낙하하는 챔버(200), 상기 챔버(200) 내에서 낙하하는 용융 슬래그에 첨가제를 공급하여 첨가제가 포함된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 첨가제 분사장치(300) 및 상기 용융 슬래그 액적을 냉각하는 냉각장치(400)를 포함한다.
상기 원료투입부(110)는 슬래그 포트(100)의 상부에 구비되어 슬래그가 투입되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 원료투입부(110)로부터 투입된 용융 슬래그를 수용하는 슬래그 포트(100)에는 시멘트 클링커의 원료로 사용되는 용융 상태의 슬래그가 수용될 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에서 슬래그 포트(100)는 내부에 공간이 형성된 용기 형태, 예를 들면 박스형으로 구성될 수 있으며, 내부에 수용된 용융 상태의 슬래그가 용이하게 배출될 수 있도록 하단으로 갈수록 단면적이 좁아지게 구성될 수 있다. 다만, 슬래그 포트(100)의 형태는 상기한 형태에 한정되는 것은 아니며, 원통형, 삼각형 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다.
또한, 일반적으로 로에서 배출되는 용융 상태의 슬래그의 온도는 1400℃에 달하고, 수용된 슬래그를 용융상태로 유지시켜야 하므로, 슬래그 포트(100)의 내부는 열전도율이 높은 금속으로 구성될 수 있다.
이러한 슬래그 포트(100)로는 그 비제한적인 예로서, 턴디쉬를 이용할 수 있다.
상기 용융 슬래그가 상기 슬래그 포트(100)로부터 배출되어 낙하하여 챔버(200)에 투입되는 것이 바람직하다.
또한, 용융 슬래그는 0.1ℓ/초 이상의 유량으로 챔버에 공급되는 것이 바람직하다. 0.1ℓ/초 미만의 유량으로 챔버에 용융 슬래그가 공급되면 첨가제를 첨가하기 전에 열손실이 발생되어 용융 슬래그가 응고되는 문제가 있다.
상기 챔버(200)내에서 낙하하는 용융 슬래그에 첨가제 분사장치(300)을 이용하여 첨가제가 포함된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 것이 바람직하다.
첨가제 분사장치(300)에서 가해지는 바람 등과 같은 기압에 의하여 용융 슬래그 액적 형태를 형성시키는 것이 바람직하다.
상기와 같은 용융 슬래그 액적을 형성시킴으로써, 표면적 증가에 따라 보다 반응이 활발하게 일어난다. 슬래그의 미립자가 고체인 경우 점도가 떨어져서 첨가제와의 반응 효율이 낮아지는 문제가 있다.
용융 슬래그의 점도는 1~3포이즈(poise)를 유지하는 것이 바람직하고, 상기와 같은 점도를 가짐으로써, 첨가제 분사장치(300)을 통해 분사되는 첨가제와 용융 슬래그의 반응이 용이하다.
또한, 용융 슬래그는 0.1ℓ/초 이상의 유량으로 챔버에 공급되는 것이 바람직하다. 0.1ℓ/초 미만의 유량으로 챔버에 용융 슬래그가 공급되면 열손실이 발생되어 용융 슬래그가 응고되는 문제가 있다.
또한, 챔버의 높이 비 중 하부에서 1/5~1/7의 비율만큼 떨어진 곳에 첨가제 분사장치(300)가 존재하는 것이 바람직하다. 상기 1/7 미만인 경우에는 첨가제가 챔버 입구 부분으로 비산하는 문제가 있으며, 1/5를 초과하는 경우에는 용융슬래그와 첨가제의 반응 기회 및 시간이 감소한다.
상기 첨가제 분사장치(300)를 통하여 챔버 내에 분산되는 첨가제는 10~100㎛의 크기인 것이 바람직하다. 상기 첨가제의 크기가 10㎛미만인 경우에는 비산 문제가 있으며, 100㎛를 초과하는 경우에는 첨가제 분사장치(300) 내부관에 막힘을 발생할 수 있다.
참고로, 클링커 제조를 위해 슬래그에 첨가되는 첨가제로는 CaO 소스, SiO2 소스, Al2O3 소스, Fe2O3 소스가 있다. 용융 상태의 슬래그에 상기 소스들을 필요에 따라 첨가제로 첨가하여 슬래그의 성분을 시멘트 클링커 성분으로 보정하게 된다.
즉, CaO, SiO2 및 Al2O3의 주 성분을 가지는 고로 슬래그에 CaO 또는 Al2O3 등의 첨가제를 혼합 및 성분 조정을 통하여 상용 시멘트 및 특수 시멘트를 제조할 수 있다. 또한, 석회석과 기타 원료를 혼합하여 주로 킬른에서 1400℃이상의 소성을 통해 시멘트 클링터를 제조한다.
슬래그와 첨가제를 사용하여 클링커를 제조하는 기술은 공지된 기술에 해당하므로, 슬래그와 첨가제의 구성비나 광물상발현 메커니즘에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 냉각장치(400)을 거침으로써, 클링커 결정상이 발현될 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 챔버(200)에서 반응이 일어난 용융상태의 슬래그와 첨가제는 냉각장치(400)을 통과함으로서, 미반응 슬래그를 포함하고 있는 클링커를 제조하게 된다.
이와 같이 제조된 클링커는 3~30㎛ 의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 클링커 장치를 사용하여 클링커를 제조하는 경우, 제철소의 제선 공정에서 발생한 고로 슬래그의 현열을 최대한 이용하여 클링커를 제조할 수 있게 되고, 슬래그와 첨가제의 투입, 배출, 혼합과정을 연속적으로 진행할 수 있어 클링커를 연속적으로 제조할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
100: 슬래그 포트
110: 원료 투입부
200: 챔버
300: 첨가제 분사장치
310: 첨가제 포트
400: 냉각장치

Claims (7)

  1. 용융 슬래그를 수용하는 슬래그 포트;
    상기 용융 슬래그가 상기 슬래그 포트로부터 배출되어 낙하하는 챔버;
    상기 챔버 내에서 낙하하는 용융 슬래그에 클링커 제조용 첨가제를 공급하여 클링커 제조용 첨가제가 포함된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 클링커 제조용 첨가제 분사장치; 및
    상기 용융 슬래그 액적을 냉각하는 냉각장치를 포함하며,
    상기 클링커 제조용 첨가제는 CaO, SiO2, Al2O3 및 Fe2O3로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 클링커 제조장치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가제는 챔버 내의 열을 공급 받는 클링커 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 용융 슬래그는 0.1ℓ/초 이상의 유량으로 챔버에 공급되는 클링커 제조장치.
  4. 용융 슬래그의 현열을 이용하여 클링커를 제조하는 제조방법에 있어서,
    상기 용융 슬래그를 용융포트에 수용하는 단계;
    상기 슬래그 포트에 수용된 용융 슬래그를 챔버내로 낙하시키는 단계;
    상기 낙하되는 용융슬래그에 10~100㎛의 입도를 가지는 클링커 제조용 첨가제를 분사하여 클링커 제조용 첨가제가 첨가된 용융 슬래그 액적을 형성시키는 단계; 및
    상기 용융 슬래그 액적을 냉각시키는 단계를 포함하고,
    상기 클링커 제조용 첨가제는 CaO, SiO2, Al2O3 및 Fe2O3로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 클링커 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 클링커의 크기는 3~30㎛인 클링커 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 첨가제는 첨가제 분사장치에서 분사되는 클링커 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 용융 슬래그는 0.1ℓ/초 이상의 유량으로 챔버에 공급되는 클링커 제조방법.
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